• 제목/요약/키워드: 휘발성 원소

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음식물쓰레기 탈리액의 삼상분리 (A Study on the Separation of Food-Waste Leachate into 3 Phases)

  • 김상국;정민지;권효리
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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    • pp.197-197
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    • 2010
  • 음식물쓰레기의 삼성분은 수분, 휘발분, 회분이며 이들이 차지하는 비율은 계절, 지역별로 다소 상이하지만 수분 약 80%, 회분3%, 휘발분 17%이다. 음식물쓰레기 전처리과정으로 이물질제거, 탈수공정이 있으며 탈수공정에서 다량의 탈리액이 발생한다. 본 연구에서는 탈리액을 데칸타를 이용하여 1차로 원심분리하여 고.액 분리한 액을 실험대상으로 하였다. 실험대상 탈리액의 물성은 BOD 78,800[mg/l], COD 41,000[mg/l], 부유물질 25,900[mg/l], 총질소 928[mg/l]이었다. 탈리액에는 기름성분(육류, 식용유등), 입자상물질등이 포함되어 있으며 이들은 난분해성 유기물질로, 이를 제거하는데 기존의 처리방법으로 많은 어려움이 있어 주요한 수질오염 발생원이 되고 있다. 예를들면 하수처리장 폭기조 수면에 유막을 형성하여 산소공급을 방해함으로 미생물번식을 방해하는 요인이 된다. 본 연구는 음식물쓰레기 탈리액의 수분, 고형분, 유분으로의 삼상분리에 관한 것이다. 유분은 에멀젼형태로 안정되게 수층에 분산되어 존재한다. 미세기포를 이용한 부상법의 경우 미세기포 표면과 유분의 화학적친화력이 낮아 기포표면에 유분이 잘 부착되지 않으며, 원심분리 방법만으로는 유분 분리효율이 낮고, 추출에 의한 분리시 추출액이 다량 소요되고 처리시간이 길며 추출액 비용이 많이 소요된다. 탈리액을 유분, 슬러지, 수분으로 분리하면 환경오염을 일으키는 주요성분을 신재생에너지 원료로 활용할 수 있다. 유분의 주성분이 동식물성 유지이므로 전처리시 산촉매를 이용 수분과 유리지방산을 제거하고 염기성촉매를 이용하여 전이에스테르화 반응을 거치면 바이오디젤인 FAME과 글리세롤으로 변환하므로 글리세롤을 분리하면 바이오디젤을 얻을 수 있다. 슬러지는 입자상 물질로 착화가 잘 되고 건조하면 발열량이 높으며 중금속등에 오염되지 않아 청정연료로 활용이 가능하다. 실험실에서의 탈리액 삼상분리방법은 다음과 같다. 탈리액 30ml당 추출액으로 노말헥산을 1ml를 가한 다음 플라스크에서 $80^{\circ}C$로 가열 후 방냉한다. 가열중 노말헥산의 손실을 방지하기 위하여 증발가스를 콘덴서에서 응축하여 플라스크로 재순환한다. 탈리액을 플라스크에서 꺼내어 원심분리기 rack에 300-400g씩 병에 각각 넣고 4,000rpm으로 30분간 운전한다. 탈리액은 상부로부터 유분층, 미세입자층, 수층, 슬러지층으로 분리된다. 각 층의 계면에서 2종의 성분이 약간 섞일 수 있다. 유분을 분리한 후 유분층 잔존물과 미세입자층, 수층 상층부의 혼합물을 취하여 50g씩 병에 넣고 3,500rpm으로 10분간 운전한 후 유분을 분리한다. 마지막으로 미세입자층만을 3,500rpm으로 10분간 원심분리한 후 유분을 따로 분리한다. 얻어진 유분은 rotary evaporator에서 $120^{\circ}C$로 가열하여 유분과 노말헥산을 분리하며 분리효율을 제고하기 위하여 감압하에서 운전한다. 분리된 유분의 고위발열량이 9,450[Kcal/kg]이었으며 원소분석 결과 탄소 74.7%, 수소 12.55%, 질소 0.08%, 유황분 0.0003%이었다. 분리된 유분의 양은 계절별로 시료별로 다르며 가을철에는 1.6-1.9%, 여름철은 1.0-1.3%이었다. 분리된 슬러지로부터 Hg, As, Cr, Cd, Pb 중금속 성분이 검출되지 않았으며 수분 2.8%, 휘발분 76.85%, 회분 7.52%, 고정탄소 12.83%이었고 원소분석결과 탄소 45.25%, 수소 7.46%, 질소 5.05%, 산소 34.39%, 유황분 0.33%이었으며 저위발열량은 4,480[Kcal/kg]이었다. 분리된 슬러지 양은 11-19% 이었다.

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무연탄 순환유동층 발전소로부터 배출되는 수은을 포함한 중금속 및 미세분진의 배출 특성 (Characterization of Heavy Metals Including Mercury and Fine Particulate Emitted from a Circulating Fluidized Bed Power Plant Firing Anthracite Coals)

  • 김정훈;유종익;서용칠
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제48권2호
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    • pp.268-274
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    • 2010
  • 유해대기오염물질인 중금속의 배출은 그 위해성으로 인해 엄격한 법적 규제를 하는 등 지대한 관심이 기우려지고 있다. 무연탄을 사용하는 상용 화력발전시설로부터 배출되는 중금속의 농도 및 배출특성에 대한 연구를 실시하였다. 대상 발전시설은 순환 유동층 연소로, 싸이클론, 보일러, 전기집진기 설비로 구성되었고 가스상 수은을 포함한 주요 중금속의 농도를 측정하기 위해 분진과 가스상 시료를 전기집진기(ESP) 전단과 연돌에서 측정하였다. 총 먼지량(TPM), PM-10, PM-2.5와 같은 입자상 물질의 배출량은 ESP 전단에서 각각 23,274, 9,555, $7,790mg/Sm^3$로 매우 높았으며, 이는 예측했던 바와 같이 미분탄 화력발전소보다 높은 수치였다. 그러나 ESP에 의한 먼지의 제거효율이 높기 때문에 연돌에서의 총 먼지량은 $0.16mg/Sm^3$ 정도였다. 마찬가지로 중금속 배출량 또한 ESP에서 높은 제거효율을 보였다. 입도분포와 입경 범위 별 중금속 농축 정도에 대한 데이터를 살펴볼 때 일부 금속의 농도는 작은 입경 범위에서 더 농축된 것을 보여 입자의 크기와 상관관계를 지어 볼 수 있었다. 수은의 경우 다른 금속들과 다르게 높은 휘발성 때문에 대부분이 가스 상태로 배출되며 그로 인하여 수은의 제거효율은 68% 정도로 다른 중금속들에 대한 제거효율보다 낮았다. ESP를 지나면서 수은 화학종이 원소수은에서 산화수은으로 변하는 것이 확인되었으며, 그로 인하여 습식세정탑이 설비된 다른 석탄 화력발전소에서는 원소 수은이 지배적인 데 반해 본 시설의 경우 연돌에서 총 수은의 절반 정도만 원소수은이었다.

미기상학적 기법을 이용한 수은의 플럭스 관측 : 면오염원 지역의 배출-침적에 의한 수지균형과 순환 (Micrometeorological quantification of Hg fluxes from an areal source and assessment of its cycle)

  • 김민영;김기현;이강웅;신재영
    • 한국대기환경학회:학술대회논문집
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    • 한국대기환경학회 2000년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.51-54
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    • 2000
  • 수은의 순환현상은 원소성 수은의 지화학적 분포특성으로 대표된다 (Kim et al., 1997). 강한 휘발성과 화학적인 안정성은 광역적으로 수은이 균질한 분포특성을 유지하여 지구규모의 대기순환에 종속되는 원인으로 이해된다. 수은의 순환과 관련된 근래의 연구들은 다음과 같이 다양한 환경권계면간에서 진행되는 교환현상들에 주로 초점을 맞추어 왔다. 대기환경과 수림식생과의 교환현상에 대한 연구 (Lindbereg et al., 1995, 1998), 대기환경과 토양생태계의 교환 (Carpi and Lindberg, 1998; Kim et al., 1995; Kim and Kim, 1999, 1998. Xiao et al., 1991), 수환경과 대기환경계의 교환(Poissant and Casimir, 1998)등 상대적으로 오염원의 강한 영향을 받는 환경권역을 중심으로 한 교환현상에 대한 정량적인 평가자료는 아직까지 드물게 보고되고 있다. (중략)

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통영연안 표층퇴적물에서의 유기물과 미량금속 분포 특성 및 생태위해성 평가 (Distribution of Organic Matter and Trace Metals in Surface Sediments and Ecological Risk Assessment in the Tongyeong Coast)

  • 양원호;이효진;김기범
    • 한국해양학회지:바다
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    • 제21권4호
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    • pp.125-133
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    • 2016
  • 본 연구는 통영연안의 오염 현황을 파악하기 위하여 표층퇴적물의 유기물 분포 특성, 미량금속의 공간적인 분포 특성과 오염도 및 생태계 위해성평가를 하였다. 총질소(Total nitrogen, TN), 총유기탄소(Total organic carbon, TOC)와 산 휘발성 황화물(Acid volatile sulfide, AVS)은 협수로에 위치한 정점 35-38에서 높은 농도를 나타내었다. Cd, Cr, Ni, Co, Hg, Zn의 공간적 분포양상은 유사하였으며, 이와 달리 Cu는 협수로에서 높은 농도를 나타내었다. 미량금속 원소의 오염도를 농축계수(Enrichment Factor, EF)로 평가한 결과, Cd이 모든 정점에서 오염되지 않은 상태(No enrichment), Pb, Cr, Ni, Co, Zn, Hg이 약간 오염상태(Minor enrichment), Cu가 약간~중간 오염상태(minor-moderate enrichment)의 오염도를 나타냈다. 미량금속에 의한 생태위해성 수준은 오비도와 미륵도 사이의 협수로 정점에서 국지적으로 생태계에 잠재적 위해성이 있는 것으로 나타났다.

휘발성 원소들의 원자흡수 분광분석을 위한 매트릭스 개선에 관한 연구(제2보). 전열 원자화에 의한 흔적량 게르마늄의 정량 (Matrix Modification for Atomic Absorption Spectrophotometric Determination of Volatile Elements (Ⅱ). Determination of Trace Germanium by Electrothermal Atomization)

  • 최호성;최종문;김영상
    • 대한화학회지
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    • 제40권2호
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    • pp.109-116
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    • 1996
  • 물시료 중 존재하는 흔적량 게르마늄을 전열 원자흡수 분광광도법으로 정랑하기 위해 사용되는 매트릭스 개선제의 종류와 사용량, 이에 따를 회화 및 원자화 온도의 변화, 보조제의 사용여부 및 양에 관하여 연구하였다. 게르마늄은 회화단계에서 이산화 게르마늄이 흑연로 성분인 탄소로 인해 휘발성 일산화 게르마늄으로 환원되에 감도 및 재현성을 저하시킨다. 따라서 개선제를 사용하여 게르마늄을 열적 및 화학적으로 안정화시켜야 한다. 이를 위해 단일 개선제를 사용할 경우 파라듐이 가장 좋은 효과를 나타내었다. 이 경우 원자화온도는 변화시키지 않지만, 회화온도는 800.deg.C에서 1, 000.deg.C로 올릴수 있었고 흡광도도 증가하였다. 이런 조건에서 팔라듐의 농도가 게르마늄에 대해 몰비로 14-100인 10-70.mu.g/mL까지 흡광도가 일정하였다. 보조개선제의 사용도 검토하였는데, 1% 수산화암모늄을 가하여 회화온도를 1, 000.deg.C까지 증가시켰다. 이제까지 검토한 최적조건을 바탕으로 광천수 3가지를 분석한 결과 게르마늄이 2.46, 1.60 및 0.020.mu./mL이었다. 끝으로, 시료에 일정량의 게르마늄을 첨가하여 얻은 회수율은 모두 95%이상으로 정량적이라고 할 수 있고, 검출한계는 6.9ng/mL로 흔적량 게르마늄 분석에 유용한 것으로 판단되었다.

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생선 폐기물의 혐기성 소화 처리(II) : Biochemical Methane Potential을 이용한 생분해도 평가 (Anaerobic Digestion of Fish Offal(II) : Evaluation of Biodegradability Using Biochemical Methane Potential)

  • 정병곤
    • 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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    • 제9권3호
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    • pp.154-159
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    • 2006
  • 본 연구에서는 생선폐기물의 혐기성 소화처리를 위한 생선폐기물의 혐기성 생분해 특성을 평가하기 위해 serum bottle을 이용한 BMP(Biochemical Methane Potential) test를 수행하였다. 어판장에서 배출되는 생선폐기물 중 고등어 손질 시 발생되는 폐기물 중 내장을 제외한 부분과 갈치손질 시 발생되는 폐기물 중 내장을 제외한 부분, 생선손질 시 발생되는 내장류 3개 군을 실험대상 기질로 선정하여 사용하였다. 각각의 생선폐기물들을 분쇄 후 serum bottle에 11 50 ml, 100 ml, 150 ml씩 혐기적으로 넣은 다음 BMP test를 실시하였으며 실험의 정확도를 위하여 동일 시료에 대하여 3개씩 중복으로 조제하여 실험하였다. 배양시간에 따른 누적 메탄가스 생성량과 메탄생성속도를 평가하였다. 이들 값들은 기질의 특성에 따라 다르기는 하나 통상 휘발성 고형물 (Volatiles Solids: VS) 1 kg당 420-470 ml의 메탄가스를 생성하는 것으로 나타났다. 기질 종류별로 볼 경우 갈치와 고등어군에 비하여 내장 군이 고형물 단위 중량당 메탄발생량과 분해속도 측면에서 모두 높은 것으로 나타났다. 대상 시료에 대해 원소분석을 실시한 결과, C/N비는 5.2로 나타났다. 원소분석 자료를 근거로 계산한 이론적인 최종 메탄생성량은 $522ml{\cdot}CH_4/g{\cdot}VS$로 나타났다. 이를 본 실험에서 구한 실제 최종 메탄생성량과 비교해 볼 때 생분해도는 0.847로 평가되었다.

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가열처리 및 탄화처리 소나무재(Pinus densiflora Sieb. et Zucc.)의 구조 및 물리·화학적 특성(III) - 소나무재 톱밥의 열분해 반응 - (Analysis of Structure and Physical and Chemical Properties of the Carbonized Pine Wood (Pinus densiflora Sieb. et Zucc.) Materials - Pyrolytic Behavior of Pine Wood Dust -)

  • 이인자;이원희
    • Journal of the Korean Wood Science and Technology
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    • 제42권3호
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    • pp.266-274
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    • 2014
  • 목재의 열분해 메카니즘을 심층적으로 이해하기 위하여 소나무재(Pinus densiflora Sieb. et Zucc.) 톱밥을 $180{\sim}450^{\circ}C$에서 열분해시켜 얻은 목탄과 휘발성 물질을 원소분석, IR과 GC/Mass로 분석하였으며, 활성화 과정이 목탄의 구조에 미치는 영향을 알아보기 위하여 $600^{\circ}C$에서 탄화시킨 것과 $750^{\circ}C$에서 활성화시킨 목탄을 원소분석 및 IR로 분석하였다. 그 결과, 목분의 열분해는 $240^{\circ}C$ 부근에서 본격적으로 일어나기 시작하며, $270^{\circ}C$까지는 화학적 구조가 크게 변하지 않았지만, $300^{\circ}C$에서 원소의 성분비와 IR 스펙트럼이 급격하게 변하는 것이 관찰되었다. 또 리그닌의 방향족 고리가 $450^{\circ}C$에서도 여전히 관찰되고 있는 것으로 보아 이 온도에서 분해되지 않은 리그닌이 일부 남아있음을 알 수 있다. 활성화 시간은 활성탄의 화학구조에 영향을 미치지 않았다.

LiCl 감압 증류를 위한 폐쇄형 및 개방형 장치 기초 실험

  • 박병흥;이상훈;정명수;조수행;허진목
    • 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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    • 한국방사성폐기물학회 2009년도 학술논문요약집
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    • pp.345-345
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    • 2009
  • 전기화학적 환원 기술을 이용한 고온 용융염 전해환원의 결과 생산되는 금속전환체는 다공성 특성에 의해 전해환원의 매질인 용융염을 함유하게 된다. 전해환원과 후속 전기화학 공정인 전해정련의 전해질은 각각 LiCl과 LiCl-KCl 공융염으로 상이하기 때문에 이렇게 금속전환체에 포함된 LiCl 염이 동반되어 전해정련 공정에 도입될 경우 전해정련 공정의 공융염 조성을 어긋나게 한다. 이에 따라 금속전환체의 잔류염은 효과적으로 제거되어야 하며 공정으로 감압 증류에 의한 잔류염 제거 공정이 고려되고 있다. LiCl은 증기압이 비교적 낮기 때문에 감압의 고온 조건이 공정에 필요하다. 그러나 상평형도 분석 결과 전해환원 공정에서 산화물을 담아 음극으로 사용되어 환원된 금속전환체와 함께 도입되는 SUS 재질의 바스켓과 사용후핵연료 금속전환체의 주된 원소인 우라늄과는 공융할 수 있기 때문에 LiCl 증발 온도는 $720^{\circ}C$ 이하로 유지되어야 한다. 이와 같은 조건에서 LiCl 증발 속도를 높이기 위해서는 감압 조건이 필수적이다. 본 연구에서는 감압조건에서 LiCl 휘발 실험을 위해 폐쇄형 및 개방형 반응기를 제작하여 압력 조건 및 Ar 유량 등에 따른 LiCl 휘발율을 측정하였다. 증발된 LiCl은 일정 감압 조건에서 분말형으로 냉각부위에 회수 될 수 있었으나 완전 진공 조건에서는 결정형으로 냉각 부위에 응축되는 것으로 확인 되었으며 일정 진공 조건에서는 Ar 유량에 따라 증발량이 의존하지 않는 것으로 나타났다. 연구 결과 증발염의 취급 빛 이송을 위해 분말형 회수를 목표로 설정할 수 있었으며 공정조건으로 일정 수준의 감압 조건을 제시하였다. 이 후 후속 연구로 장치의 대형화 및 증발 속도 향상을 위한 추가적인 연구가 계획되어 있으며 연구 결과에 기초하여 공학규모 파이로 공정 시설인 PRIDE에 도입될 장치의 기초 설계 자료를 생산할 예정이다.

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LC/ESI-MS를 이용한 아미트롤의 정성확인 및 정량분석 (Quantitative Analysis and Qualification of Amitrole Using LC/ESI-MS)

  • 박찬구;어수미;김민영;손종열;모세영
    • 분석과학
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    • 제17권2호
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    • pp.117-129
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    • 2004
  • 본 연구에서는 극성이 높고, 휘발성이 낮아 GC나 GC/MS로 분석이 곤란한 환경매체 중의 아미트롤을 LC/ESI/MS를 사용하여 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 분자량이 84인 아미트롤은 LC/ESI/MS 방식에서는 m/z 85인$(M+H)^+$형태로 나타났으며, 피크강도는 30V에서 (SIR mode) 최대를 나타내었다. 질량 스펙트럼 비를 정성확인에 적용하기 위하여 실험한 결과 아미트롤은 m/z 85 와 m/z 58 이온으로 나타났으며, 50V에서 이 비는 1 : 7.03~7.58 로 나타났다. 동위원소 비를 이용한 정성확인은 isotope MS나 HR/MS가 주로 사용되나, 본 연구에서는 정성확인을 위한 보조수단으로 이용하고자 실험한 결과 아미트롤의 동위원소는 $86([M+H])^+$ 형태로 나타났으며, 시료에서(30V) m/z 85와 m/z 86의 질량 스펙트럼 비는 27.1~28.6 : 1(이론적 비 26.6 : 1)로 나타났다. 단계별 표준액을 시료의 전 처리 방법과 동일하게 처리하여 분석한 검량선의 직선성은 $y=1.09354e^6X+26947.2$이었으며, $r^2=0.99$로 나타났다. 분석의 정도관리를 위한 회수율검정과 반복 재현성을 알아보기 위한 실험에서 수질시료의 회수율은 77.64~83.44%, 토양시료에서는71.11~79.44%로 나타났으며, 각 농도 단계별 반복(5회)실험결과 상대표준편차 값은 10%이하를 나타내었다.

원전 발생 고화체 폐기물 핵종분석을 위한 침출 조건 (Chemical leaching of radioactive cement and paraffin waste form generated from NPPs)

  • 이정진;안홍주;표형열;전종선;김도양;지광용
    • 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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    • 한국방사성폐기물학회 2005년도 춘계 학술대회
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    • pp.278-283
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    • 2005
  • 원자력 발전소에서 발생한 시멘트 또는 파라핀 고화체 중의 핵종분석을 하기 위해서는 시료의 용액화가 필요하다. 이를 위하여 산 침출법과 극초단파 산분해법을 이용하여 SRM(standard reference material)을 용액화한 다음 AAS와 ICP-AES를 사용하여 용액 속의 원소들을 분석 비교하였다. 완전 용액화가 가능한 극초단파 산분해법으로 처리한 결과와 일치하는 산 침출조건을 제안하여 많은 양의 시료를 한 번에 처리할 수 있는 산 침출법으로 방사성 고화체 시료 중의 비휘발성핵종분석을 위한 고화체 용액화 방법을 확립하였다. 방사성 고화체의 산 침출시마다 Re을 첨가하여 시료 전처리 단계에서의 회수율은 $80\%$ 이상으로 나타났다.

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